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本文已在《赛先生》发表。感谢饶老师修改,
Foxp2基因是第一个被确定与语言有关的基因,也叫叉头框P2基因,人类该基因参与确定语言能力,其异常会导致病人患先天性言语障碍。。
但该基因并非人类独有的,许多其它动物也有。该基因被发现后不久,德国马普人类进化研究所就发现,人类和黑猩猩的这一基因只存在2个碱基的差别。但在发音的动物如鸣禽中这一基因的序列似乎有相同特点。虽然FOXP2在许多动物中存在,但人的FOXP2基因在二十万年间经历了一系列进化,因此,有人猜测,该基因的进化赋予了人类独有的语言功能和创造力。可能很多控制语言和创造力的基因经过突变和选择,才出现了人类文化崭新模式。
最近有学者通过建立表达人类FOXP2基因的小鼠研究发现,这一基因能提高动物的学习能力,提示这一基因可能是从猿进化为人类过程中确实发挥重要作用。
语言作为人类特有的特征,是长期困扰进化生物学家的一个重要问题。直到发现FOXP2基因和语言的关系后,科学家才有办法从基因进化角度探讨和分析语言进化的基因基础。
具有类似人FOXP2转基因的老鼠学习能力到底如何?德国马普研究所一名研究生Christiane Schreiweis到美国MIT神经科学家Ann Graybiel的实验室学习这方面的研究方法。Graybiel是研究动物学习能力的专家,能用迷宫等动物行为学方法证明动物是否聪明。
人类和动物学习都需要两步,第一步将要学习的任务进行分解,并反复操练。例如我们学习骑自行车。就是要记住把直车把、将双脚放在踏板上蹬、反复尝试如何保持平衡。经过这样操练并形成习惯后,就进入第二步,这一阶段是依靠无意识重复实现的,或者将技术变成条件反射。你完全不需要记住任何要点,就达到了学习技能的目的。许多人说,学开车很简单,就是熟练工。其实并非如此,这方面的能力有很大个体差异,运动能力强的人,例如运动员往往具有更强的驾驶能力,另有一些人则学习起来非常困难。
为确定哪种学习能力受到人类语言基因的影响,德国学生Schreiweis用迷宫对这些人类FOXP2转基因小鼠进行检测,实验中需要动物连续右转才能获得奖励。经过反复训练,让这些动物掌握了无意识右转的习惯。这一技能完全属于傻瓜型技能学习,因为没有技术含量。而另外一种技能则需要动物必须朝东转弯,这需要动物对方向进行识别才能完成任务,这就属于聪明型技能学习了。
研究结果发现,转入人类语言FOXP2基因的小鼠能很快掌握复杂技能,而野生动物学习的能力明显不理想。有意思的是,对于简单技能,两种动物的学习能力没有区别。这一研究结果最近在线发表在《美国科学院院刊》。
十分诡异的是,当其他科学家、在另一个环境中重复这一研究时,竟然看不到两组动物学习能力的差别。仔细分析到底是什么因素影响到这一研究结果,该研究小组发现,Schreiweis的实验室有许多计算机、实验台,墙壁上有许多海报。而其他科学家的实验室没有这些东西。这些复杂的环境信息,可能成为这些“聪明”动物识别方向的重要线索。重新将这些动物在复杂实验环境中观察,这些动物又一次展现出聪明才智。进一步研究发现,不同学习类型和不同纹状体区域相关,而聪明型学习区和人语言基因表达相关。
这一结果间接提示,也许在人类起源时代某些祖先的FOXP2发生了很小的突变,造成这些人获得更强的学习技能和生存能力,从而让这些拥有该类突变基因的人获得生存优势,并逐渐被自然环境选择保留下来,成为人类进化的重要转折点。
虽然科学家已经知道FOXP2是重要的语言相关基因,但这一研究建立了行为学、遗传学和进化生物学之间的联系,帮助科学家理解FOXP2在人类进化中的关键地位和作用方式,并可以指引人们开展更深入的基因神经功能相关研究。
伦敦学院大学神经生物学家Faraneh Vargha-Khadem对这一研究大为称赞。但同时她对研究结论也提出了质疑认为,这一研究并不能说明动物语言功能和学习能力存在关系,动物或许是通过视觉信息达到提高学习能力的目的。文章的作者之一,德国马普的心理语言学家Simon Fisher认为,不应该过度解读FOXP2和语言的关系,人类的语言涉及到许多不同的基因,绝不可能用一个简单分子来全面解释人类的高级功能。
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GMT+8, 2024-4-27 02:21
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